JavaScript 位运算符

2025年4月19日 | 阅读 8 分钟

JavaScript 是一种非常强大且流行的编程语言，在 Web 开发中有广泛的应用。它允许开发人员创建动态和交互式内容，这些内容可以在网页中执行，从而提供出色的用户体验。执行各种操作，例如算术、逻辑和按位运算，是 JavaScript 编程语言的主要功能之一。

什么是 JavaScript？

JavaScript 是一种解释型、轻量级的高级编程语言。该语言主要用于开发交互式网页、执行客户端脚本以及进行异步通信。与 HTML 和 CSS 一起，JavaScript 是我们今天所知的 Web 开发的第三大支柱。JavaScript 可用于服务器端开发、移动应用程序甚至桌面应用程序开发（得益于所有那些库和框架）。

什么是运算符？

我们都知道运算符，它们是特殊的符号或关键字，用于指示编译器对变量和值执行特定的数学运算。JavaScript 支持多种类型的运算符。

什么是按位运算符？

当我们想直接对数字的二进制表示形式应用运算时，我们在 JavaScript 中使用按位运算符。这些运算符将数字视为 32 位整数并操作其各自的位。按位运算在底层编程、优化和二进制数据操作中很常见。

这里有一些运算符

AND (&): 如果操作数的每一位都为 1，则输出为 1。
OR (|): 在操作数中至少有一个对应位为 1 的每个位位置上返回 1。
XOR (^): 如果输入中的相应位有一个为 1，则在输出的每个位位置上返回 1。
NOT (~): 反转其操作数的每一位。
左移 (<<) 和右移 (>>): 此运算符将数字的位从左向右移动。

1. 按位 AND (&)

按位 AND 运算符接收两个操作数，并逐位进行比较。对于每一位，如果两个位都是 1，则结果为 1，否则返回 0。它用于清除二进制数据中的特定位。

示例

因此，下面我们有一个例子来阐明按位 AND 运算符。我们取两个数字 5 和 3。下面是它们的二进制表示形式。

5 = 0101

3 = 0011

现在考虑当我们应用按位 AND 时

0101
& 0011
  ----
  0001 (decimal value: 1)   

结果是 1。

代码

let num1 = 5;
let num2 = 3;

let result = num1 & num2; // it applies the bitwise AND operation
console.log(`Bitwise AND of ${num1} and ${num2} is ${result}`); // Output: 1   

输出

 
Bitwise AND of 5 and 3 is 1

2. 按位 OR (|)

按位 OR 运算符接收 2 个数字，比较它们的每一位，并创建一个新数字，如果至少有一个操作数的对应位为 1，则该数字的每一位都设置为 1。如果两个位都为 0，则最终位也为 0。

示例

一个理解按位 OR 运算符的例子，我们取 5 和 3。它们的二进制表示形式是

5 = 0101

3 = 0011

当我们执行按位 OR 操作时

0101
  0011
  -------
  0111 (decimal value: 7)   

结果是 7。

代码

let a = 5;
let b = 3;
let result = a | b; // it applies the bitwise OR operation
console.log(`Bitwise OR of ${a} and ${b} is ${result}`); // Output: 7   

输出

 
Bitwise OR of 5 and 3 is 7

按位 OR 运算符可以使用按位 OR(|) 运算符组合两个二进制值，并在位级别返回准确的结果。

3. 按位 XOR (^)

按位 XOR（异或）运算符比较两个数字的位，创建一个新数字，其中如果操作数的相应位不同，则该位的值为 1。如果相应位相等，则输出为 0。

示例

我们可以通过一个例子来理解按位 XOR 运算符。假设我们有两个数字：5 和 3。在它们的二进制形式中

5 = 0101

3 = 0011

当我们执行按位 XOR 操作时

0101
^ 0011
  ----
  0110 (decimal value: 6)   

结果是 6。

代码

let a = 5;
let b = 3;
let result = a ^ b; // it applies the bitwise XOR operation
console.log(`Bitwise XOR of ${a} and ${b} is ${result}`); // Output: 6   

输出

 
Bitwise XOR of 5 and 3 is 6

在此示例中，您将了解按位 XOR 运算符如何在 JavaScript 中工作。XOR (^) 运算符比较两个二进制值并返回一个其位不同的值。

4. 按位 NOT (~)

按位 NOT 运算符反转操作数的位。它将 0 变为 1，将 1 变为 0。结果，我们得到相应数字的二进制补码。NOT 运算符还会翻转符号位，因此在 JavaScript 的 32 位有符号整数中，结果等于 -(n + 1)。

示例

因此，为了理解按位 NOT 运算符，让我们尝试一个例子。假设我们有一个数字 5。它的二进制表示形式是

5 = 00000000000000000000000000000101 (32 位表示)

如果我们执行了按位 NOT 操作

~ 00000000000000000000000000000101
  --------------------------------
  11111111111111111111111111111010 (decimal value: -6)   

结果是 -6。

代码

let a = 5; 
let result = ~a; // it applies the bitwise NOT operation
console.log(`Bitwise NOT of ${a} is ${result}`);    

输出

 
Bitwise NOT of 5 is -6

此脚本显示了按位 NOT 运算符在 JavaScript 中是如何工作的。我们使用二进制 1 的补码获得数字的负值，该补码是通过执行 ~ 操作获得的。

5. 左移 (<<)

左移运算符将位向左移动指定的次数。它右侧的所有位都用 0 填充，并且数字本质上是每次移动乘以 2。

示例

左移运算符的例子。假设我们有一个数字 5。它的二进制表示形式是

5 = 00000000000000000000000000000101 (32 位表示)

当我们向左移动 2 个位置时

00000000000000000000000000000101
<<                              2
  --------------------------------
  00000000000000000000000000010100 (decimal value: 20)   

结果是 20。

代码

let a = 5; 
let result = a << 2; // it applies the bitwise Left Shift  operation
console.log(`${a} left-shifted by 2 positions is ${result}`); // Output: 20   

输出

 
5 left-shifted by 2 positions is 20

这是一个展示 JavaScript 中左移运算符实现的程序。a 的值乘以 2^2，结果为 20。

6. 符号传播右移 (>>)

符号传播右移运算符将数字的位向右移动指定的位数。左侧的空位用符号位（正数用 0，负数用 1）填充，从而保持数字的符号。

示例

假设我们有一个数字 -5。32 位有符号二进制表示形式是

-5 = 11111111111111111111111111111011

当我们向右移动 2 个位置时

11111111111111111111111111111011
>>                              2
  --------------------------------
  11111111111111111111111111111110 (decimal value: -2)   

结果是 -2。

代码

let a = -5;
let result = a >> 2; // it applies the Sign-propagating Right Shift operation
console.log(`${a} right-shifted by 2 positions is ${result}`); // Output: -2   

输出

 
-5 right-shifted by 2 positions is -2

JavaScript 中按位运算符的优点

1. 高性能

与其他算术或逻辑运算相比，按位运算的执行时间更长，因为按位运算发生在硬件级别，因此它们快速而高效。

2. 内存效率

当您想节省内存，同时维护标志、权限或相对较小的值时，按位运算允许您直接操作各个位。

3. 底层操作

它可以访问字节的底层操作，因此，它可以用于任何需要处理二进制信息的应用程序，例如加密、图像处理等。

4. 代码简洁

在讨论某些问题时，按位运算符比其他运算符（如切换位、检查奇偶数或构建简单的哈希算法）更简洁。

5. 控制标志/状态

当您想使用一个变量来设置、切换和检查标志时，您应该使用按位运算符，它效果最好。

6. 在算法中有用

许多算法依赖于按位运算，例如快速傅里叶变换、某些排序和搜索技术等。

JavaScript 中按位运算符的缺点

1. 可读性

这意味着按位运算会使代码显得有些笨拙，并且像这样的小代码可能难以阅读，即使它本质上做的事情相同。对于一个不知道它是如何工作的开发人员来说，它会尝试进行按位运算并产生结果。

2. 易出错

很容易出错，例如不正确的移位，比如使用错误的掩码或符号。

3. 用途有限

尽管按位运算符功能强大，但在高级应用程序编程中，只有少数地方可以很好地使用它们，这降低了它们对大多数程序员的有用性。

4. 符号处理

请注意，数字被视为 32 位有符号整数，这会导致对大数字或负数产生一些不寻常的行为。

5. JavaScript 支持有限

JavaScript 缺乏无符号 32 位整数，这使得有效执行无符号按位运算更加困难。

6. 调试困难

JavaScript 中没有无符号 32 位整数，因此无符号按位运算更加困难。

7. 缺乏可移植性

特别是当涉及多步标志时，按位运算难以调试。

JavaScript 中按位运算符的用例

1. 权限管理

如果是权限或标志（例如，读、写、执行），则可以将它们作为单独的位保存在一个整数中。使用按位运算符，您可以检查、设置或切换这些权限，而且效率很高。

2. 数据压缩

因此，当您想将一堆小数据值打包到同一个整数中以节省内存时，按位运算非常有用。

3. 奇偶校验（奇数或偶数）

要检查一个数字是奇数还是偶数，可以通过按位运算使用最低有效位 (LSB) 测试。

4. 无需临时变量即可交换值

在交换方面，按位 XOR 运算符可以创造奇迹。此运算符使我们无需使用第三个变量即可交换两个值。

5. 加密和哈希

精确度至关重要，按位运算对于任何加密、解密和哈希算法都至关重要。

6. 图像处理

在图像处理中，按位操作对于掩码、混合和更改像素值很有用。

7. 性能优化

在性能至关重要的应用程序中，我们可以使用按位运算代替算术或逻辑运算，以获得更高效的计算。

8. 循环移位

这模拟了由按位移位运算符实现的循环移位，并实现了许多算法和硬件模拟所需的数据结构。

结论

按位运算符乍一看可能很复杂，但对于一些与位相关的操作，如编码/解码或存储优化，它们确实非常有帮助。如果您掌握了这一系列运算符，它们将对您的 JavaScript 编程大有帮助。

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1. 按位 AND (&)

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2. 按位 OR (|)

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3. 按位 XOR (^)

示例

4. 按位 NOT (~)

示例

5. 左移 (<<)

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6. 符号传播右移 (>>)

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JavaScript 中按位运算符的优点

1. 高性能

2. 内存效率